SMT 氮化硅工艺介绍及其发展-----------纳米集成电路制造工艺 张汝京等 编著

用等离子增强气相沉积技术制备的氮化硅薄膜，在半导体工业界已经被广泛应用，其沉积工艺也非常成熟。本节主要着眼于介绍应力记忆技术所采用的高拉应力氮化硅及其性质以及氮化硅性质的演变对应力记忆效应产生的影响。

通常沉积氮化硅有两种方案，其反应方程式如下：

需要说明的是，由于 NH₃比N₂更易于解离，所以式（5-3）的反应中，大部分N离子来源于 NH₃，N₂主要起稀释和平衡气压的作用，但也会参与反应。式（5-4）的反应则不采用NH₃，直接用N₂提供N离子，反应速度会相应降低。不论是哪种反应制备的氮化硅，其中除了Si原子和N原子之外，还有含量不等的H原子，主要以Si-H,N-H 的形式存在。H原子的含量及存在方式，对氮化硅薄膜的致密度、折射率、应力大小有极大影响。H离子的来源有两个：SiH₄和 NH₃，所以即便是式（5-4）的反应也无法制备不含H 的氮化硅。人们可以根据器件特性的需要，通过变化工艺参数来调整H原子含量，从而得到理想性能的氮化硅薄膜。反应温度，气体流量，射频电源频率和功率，反应气压等都可以影响氮化硅中日原子含量及其性质。一般来说，（SiH₄和NH₃）/N₂比例越大，高频电源（13.3MHz）功率越大，反应温度越低，H含量越高，本征应力越低（有时也叫沉积应力）。

在应力记忆技术发展初、中期，人们普遍认为氮化硅的本征应力对应力记忆效应有至关重要的影响。因而，SMT所用的氮化硅的主流工艺通常呈现高频电源功率较小，N₂比例较大，沉积温度较高的特点，这种工艺所制备的氮化硅应力可达1GPa以上。但随着应力记忆机理逐渐得到澄清，很多人开始关注高温退火之后氮化硅的应力变化以及产生的塑性形变大小。对于氮化硅薄膜自身特性的研究重新成为热点话题，有人提出用低拉应力氮化硅，甚至是压应力氮化硅，取代传统的高拉应力氮化硅。这种方案的优点在于退火之后的应力变化非常显著，在本征应力的基础上可以有1.2GPa以上的应力跃升，这种变化不但可以比传统的应力记忆效应更好地提升 NMOS 的器件性能，甚至可以降低SMT 对图形尺寸分布的依赖性，并且不需要通过光刻、刻蚀的额外工序来去除PMOS 区域的复化硅薄膜。甚至为了进一步降低最终的氢含量、提高拉应力，有人研究出沉积加等离子体处理，以及沉积加紫外光照射的复合工艺，这一探索在后面将要讲到的高应力氮化硅刻蚀阻挡层技术中，被广泛应用。

作为一种新兴的应力工程，SMT 对NMOS 器件性能的提升有着极其重要的贡献，但其自身仍处于不断的完善之中，其中氮化硅的工艺优化日益得到业界学者的重视。不得不提的是，尽管 SMT是90nm 以下（尤其是65nm 节点以下）不可或缺的利器，但应用这种技术仍然存在不少风险，主要体现在工艺复杂性、漏电流加剧、器件可靠性恶化等方面。